침식-스테인리스강 배관의 부식: 등급별 유속 제한 - 지식

빠른 답변 - 침식-등급별 부식 속도 제한

• 스테인레스강에는 단일한 "안전한" 속도가 없습니다. - 실행 가능한 한계는 파이프 크기뿐만 아니라 등급, 고형물 함량, 염화물 수준 및 온도에 따라 달라집니다.

• 시작 기준점으로 표준 오스테나이트 등급(304L/316L)은 일반적으로 청정 서비스에서 대략 3~5m/s(10~16ft/s)로 제한됩니다. 듀플렉스 2205에서 약 4-8m/s; 슈퍼 듀플렉스 2507 및 6Mo 등급은 대략 8-12m/s입니다. Alloy 625와 같은 니켈 합금은 가장 높은 속도를 견딜 수 있습니다.

• 크롬, 몰리브덴 및 질소 함량(PREN으로 표시)이 높을수록 수동 피막이 기계적 손상에 대해 안정화되어 침식{0}부식 임계값이 높아집니다.

• 모래, 미사 또는 기타 혼입된 고체는 모든 등급의 속도 제한을 크게 낮추며 테이블 조회가 아닌 프로젝트별-테스트가 필요합니다.

• API RP 14E C-인자 방법(13Cr 스테인리스의 경우 C=300, 이중의 경우 C=350, 명목상 고형분- 없음)은 여전히 가장 널리 참조되는 시작 방법이지만 현재 많은 운영자가 보수적인 것으로 간주합니다.

침식-부식은 흐르는 유체가 필름이 - 재형성될 수 있는 것보다 더 빠르게 스테인리스강의 보호 부동태 피막을 기계적으로 파괴할 때 발생하는 가속화된 금속 손실이며, 유속은 그러한 파괴가 발생하는지 여부를 결정하는 단일 변수입니다.

Erosion-Corrosion in Stainless Steel Piping

스테인레스강 및 니켈 합금크롬(더 높은 등급의 경우 몰리브덴 및 니켈)이 표면에 얇은-자체 치유 크롬-산화 부동태 피막을 형성하기 때문에 부식에 강합니다. 정적 또는 낮은-속도 조건에서 이 필름의 국부적 손상은 거의 즉각적으로 재부동화됩니다. 침식-부식은 유속, 난류 또는 동반 입자가 재부동태화 반응이 재건할 수 있는 것보다 더 빠르게 필름을 기계적으로 제거할 때 시작됩니다. 베어 메탈이 반복적으로 노출되면 기본 합금은 정적 침지에서보다 훨씬 더 높은 속도로 부식됩니다. - 종종 엘보우, 티, 리듀서, 용접 및 흐름이 분리되거나 가속되는 밸브 하류에 국한됩니다.

메커니즘은 순수한 화학적이 아닌 기계적-전기화학이기 때문에 침식-부식은 재료 선택만으로는 무제한 속도로 방지할 수 없습니다. 모든 등급에는 부동태 피막이 기계적 제거를 따라갈 수 없는 임계값 속도가 있으며, 쿠폰 테스트에서 일반적인 부식 저항성이 아닌 - 임계값 -이 고유량 서비스의 배관 설계를 결정하는 것입니다-.

침식-부식 저항은 합금의 피팅 저항 등가수(PREN)와 밀접하게 추적됩니다. - 더 높은 크롬, 몰리브덴 및 질소 함량은 손상이 수리를 앞지르기 전에 더 높은 유속을 견딜 수 있는 더 강하고 빠른{2}}치유 수동 피막을 생성합니다.

%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N으로 계산되는 PREN은 피팅 저항성을 평가하기 위해 개발되었지만 두 가지 실패 모드 모두 동일한 패시브-피막 안정성에 의존하기 때문에 침식-부식 내성과 밀접한 상관관계가 있습니다. PREN 값이 더 높은 등급은 기계적 파손 후 보호 산화물 층을 더 빨리 재형성하므로 순 금속 손실이 심각해지기 전에 더 높은 벽 전단 응력과 더 높은 입자{5}}충격 에너지를 견딜 수 있습니다.

미세구조도 중요합니다. 듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스 등급은 오스테나이트와 페라이트 상을 결합하여 유사한 PREN -의 오스테나이트 등급보다 더 높은 항복 강도를 제공합니다. 이는 화학적 부동태화 이점과 관계없이 표면-경화 및 고체의 미세-절단 효과-에 저항하는 데 도움이 되는 기계적 특성입니다. 이것이 바로 단상 오스테나이트 등급이 정적 침수에서 비슷한 일반 내식성을 제공하는 경우에도 침식 서비스를 위해 이중 등급이 자주 지정되는 이유입니다.

학년별 대표 PREN 값

등급	UNS 번호	일반적인 PREN	구조
304L	S30403	≈18	오스테나이트계
316L	S31603	≈24-26	오스테나이트계
317L	S31703	≈30-32	오스테나이트계
2205 듀플렉스	S31803 / S32205	≈35	듀플렉스
2507 슈퍼듀플렉스	S32750	≈42	슈퍼 듀플렉스
254 SMO(6개월)	S31254	≈43	슈퍼-오스테나이트계
합금 625	N06625	PREN-순위 아님(Ni-기반)	니켈 합금

PREN 값은 ASTM A240/A276/A182 조성 범위에 따른 공칭 화학에서 계산된 대표적인 중간점입니다. 프로젝트 사용을 위해 비열의 밀 테스트 보고서(MTR)와 비교하여 검증합니다.

깨끗하고 고체가 없는{0}} 서비스에서 표준 오스테나이트 등급은 최고 약 3~5m/s, 듀플렉스 2205는 이 범위를 약 4~8m/s로 확장하고, 슈퍼 듀플렉스 및 6Mo 등급은 8~12m/s에 도달하며, 합금 625와 같은 니켈 합금은 속도가 스테인리스 등급이 허용할 수 있는 수준을 초과하는 경우에 특히 사용됩니다.

What Are the Recommended Flow Velocity Limits for Common Piping Grades

아래 범위는 엔지니어링 시작점이며 고정된 허용치가 아닙니다. 이들은 개별 등급에 대한 침식-부식 연구와 함께 API RP 14E C-요인 방법론(더 높은 C-인자를 지정하여 더 높은 침식{4}}저항성 재료에 더 높은 허용 속도를 할당)을 종합합니다. 모든 프로젝트는 유체 구성, 고형물 적재, 온도 및 특정 배관 형상에 대한 제한을 확인해야 합니다. - 각 변수가 숫자를 어떻게 이동하는지에 대해서는 다음 섹션을 참조하세요.

등급	클린-서비스 한도	모래/고체-함유 한도	지배적 고려
304L / 316L	약 3~5m/s(10~16ft/s)	≈1-2 m/s	낮은 PREN에서 피팅/침식 시작
317L	약 5~6m/s(16~20ft/s)	≈2-3 m/s	316L 이상의 적당한 Mo 부스트
2205 듀플렉스	약 4~8m/s(13~26ft/s)	≈3-4 m/s	패시브 필름 + 더 높은 항복 강도
2507 슈퍼듀플렉스	약 8~12m/s(26~39ft/s)	≈4-6 m/s	높은 PREN, 높은 경도
254 SMO(6개월)	약 8~12m/s(26~39ft/s)	≈4-6 m/s	높은 Mo/N 패시브 필름 안정성
합금 625/825	Typically >12-15 m/s	프로젝트별{0}}테스트 필요	Ni-Cr-Mo 매트릭스, 갈바닉 위험 최소화

API RP 14E 침식-속도 C-계수 프레임워크(13Cr 스테인리스 C≒300, 이중 스테인리스 C≒350, 명목상 고체-없음)에서 컴파일된 범위, 모래가 가득한 해수-(임계 속도 ≒4m/s)에서 2205 이중 구조에 대한 침식-부식 테스트 데이터 게시 및 표준 산업 설계 관행. 라인 크기를 결정하기 전에 프로젝트{12}}특정 흐름-루프 또는 필드 데이터를 확인하세요.

API RP 14E의 침식 속도 방정식 Ve=C ¼ √ρm은 탄소강용으로 작성되었지만 일반적으로 더 높은 C-계수 -를 13Cr 스테인레스에 대해 대략 300, 듀플렉스 스테인레스에 대해 350으로 대체하여 명목상 고체-무료 서비스 -에 비례하여 계산된 허용 속도를 높임으로써 스테인레스 및 이중 배관으로 확장됩니다. 재료의 침식-부식 내성이 더 커집니다.

원래 API RP 14E 방정식에서 Ve는 침식 속도 한계(ft/s)이고, ρm은 유동 조건에서의 가스-액체 혼합물 밀도(lb/ft3)이며, C는 재료 및 서비스 심각도와 관련된 경험적 상수입니다. 연속 탄소-강 서비스를 위한 API의 기본 C{3}}는 보수적으로 개발되었으며 이후 현장 연구에서 많은 깨끗하고 샌딩 처리되지 않은 시스템에 대해 지나치게 조심스러운 것으로 나타났습니다. - 일부 운영자는 부식 억제 및 고형분 함량이 제어되면 200을 훨씬 넘는 C-계수에서 허용 가능한 성능을 보고합니다.

스테인리스 및 이중 배관의 경우 업계 관행에서는 더 높은 침식-부식 임계값을 반영하기 위해 C-계수를 탄소강-기준선보다 크게 높입니다. 13Cr 스테인리스의 경우 약 300, 이중 스테인리스의 경우 약 350이 일반적으로 명목상 고형물이 없는 서비스에 대해 인용됩니다. API RP 14E는 자체적으로 스테인리스-특정 C-요소를 정의하지 않기 때문에 이러한 수치는 필수 코드 요구사항이 아니라 운영자 경험 및 보충 연구에서 도출된 설계 지침으로 기능합니다. - 엔지니어는 이를 특정 서비스에 대한 검증을 거쳐 크기 조정의 시작점으로 처리해야 합니다.

예 - 고형물 함량은 침식-부식 속도 제한의 단일 최대 수정자이며 게시된 테스트 데이터에 따르면 2205 듀플렉스와 같은 잘 부동화 처리된 등급도 모래가 흐름에 동반되면 4m/s 근처의 임계 속도로 떨어지는 것으로 나타났습니다. 이는 깨끗한 바닷물의 대략 두 배에 해당합니다.

Does Sand or Other Entrained Solids Change the Velocity Limit

모래 입자가 있는 흐르는 바닷물에서 2205 듀플렉스 스테인리스강에 대한 침식{0}}부식 연구에서 4m/s 근처의 임계 속도가 확인되었으며, 그 이상에서는 유속이 증가하고 모래 함량에 따라 질량 손실이 가속화됨에 따라 침식{3}}부식 손상이 급격히 증가합니다. 해당 임계값 아래에서는 입자로 인한 기계적 충격이 존재하지만 부식-으로 인한 부동태 피막 제거가 손상을 지배합니다. 그 이상에서는 메커니즘이 재부동태화를 훨씬 능가하는 침식-지배적 마모 방향으로 이동합니다.

이것이 API RP 14E가 고체-함유 서비스에 대한 고정 C 요소 제공을 명시적으로 거부하고 대신 프로젝트-별 테스트를 요구하는 이유입니다. 여과된 깨끗한 공정 흐름에서 편안하게 유지되는 속도는 동일한 파이프 등급과 벽 두께를 사용하는 여과되지 않은 생산-수 또는 슬러리 라인의 침식{5}}부식 임계값을 훨씬 초과할 수 있습니다. 이 문서 -에 포함된 속도 테이블을 포함한 모든 속도 테이블 -은 프로젝트별 검증 없이 고체 로딩이 천 배럴당 몇 파운드를 초과하는 경우 적용할 수 없는 것으로 처리되어야 합니다.-

염화물 농도, 온도 및 용존 가스 함량은 각각 고형물 함량과 관계없이 유효 속도 한계를 이동시키므로 동일한 등급이라도 동일한 입자 부하에서도 해수 주입, 생성된 물 및 지열 염수에서 서로 다른 허용 속도를 전달할 수 있습니다.

해수 및 염화물-풍부한 서비스

염화물은 구멍을 통해 수동 피막을 직접 공격하는데, 이는 기계적 파괴가 시작되기 전에 피막이 이미 약해지기 때문에 침식{0}}부식 임계값을 낮춥니다. 완전-해수에서 316L은 특히 구멍 뚫림 위험을 관리하기 위해 청정수 등급보다 훨씬 낮은 속도-로 제한되는 경우가 많으며, 염화물 함량이나 온도가 증가하면 이중 또는 초{6}}이중 등급이 기본 사양입니다.

온도 상승

패시브-필름 재부동태화 동역학은 공격적인 매체에서 온도가 상승함에 따라 느려지며, 이로 인해 중단을 유발하는 속도와 필름이 치유될 수 있는 속도 사이의 여백이 좁아집니다. 고온-온도 침식 서비스 - 지열 염수, 고온 공정 흐름 - 일반적으로 낮은 등급이 주변 온도에서 견딜 수 있는 유속에서도 더 높은-PREN 이중, 초-오스테나이트 또는 니켈{7}}합금 배관 쪽으로 등급 선택을 밀어붙입니다.

용존 CO2 및 H2S

석유 및 가스 수집 시스템에서 용해된 CO2는 일반 물보다 더 빠르게 노출된 기본 금속을 공격하는 탄산을 형성하여 패시브 필름이 파손되면 침식-부식을 악화시킵니다. NACE MR0175/ISO 15156 신{5}}서비스 요구사항은 침식-부식 속도 제한 외에 경도 제한 및 열처리 조건-과 같은 추가적인 야금학적 제약 조건-을 추가하며, 두 가지 요구 사항 세트는 독립적으로 충족되기보다는 동시에 충족되어야 합니다.

침식-부식 속도 제한을 초과하면 일반적으로 엘보우, T자형 및 제한 하류에서 국부적으로 가속되는 벽 두께 손실 -이 발생합니다. - 이는 균일한 부식이 예상하는 것보다 훨씬 빠르게 쿠폰-스케일 발견에서 벽 통과 누출까지-진행될 수 있습니다.

What Happens When a Velocity Limit Is Exceeded

침식-부식은 자체적으로-강화되므로 난류가 심한 위치에서 박화하면{2}}국소적인 거칠기와 난류 강도가 증가하여 동일한 지점에서 필름 제거가 더욱 가속화됩니다. 이로 인해 균일한 금속 손실을 기반으로 한 일반 부식-허용 계산이 예측할 수 없는 손상된 배관 - 손상의 엘보우 엑스트라도, 티 브랜치 및 리듀서 배출구에서 발견되는 특징적인 말굽형-모양 또는 부채꼴 모양의 벽-손실 패턴이 생성됩니다.

실제로 이는 침식-부식-되기 쉬운 선에 대한 검사 프로그램이 평균 벽-손실 추세에만 의존하기보다는 초음파 두께 매핑을 사용하여 기하학적 불연속성을 우선시해야 함을 의미합니다.

듀플렉스, 슈퍼 듀플렉스 및 니켈-합금 배관은 표준 오스테나이트 등급에 비해 상당한 비용 프리미엄을 수반하므로 사용 가능한 가장 높은-PREN 등급이 아닌 - 여백을 - 사용하여 프로젝트의 실제 속도, 고체, 염화물 및 온도 범위를 제거하는 가장 낮은{0}}PREN 등급을 선택합니다.

실용적인 등급-선택 순서는 보통 속도, 저염화물, 저염화물-사용을 위한 기준으로 316L부터 시작됩니다. 해수 노출, 모래 동반 또는 약 5m/s 이상의 속도가 예상되는 경우 2205 듀플렉스가 표준 업그레이드로, 오스테나이트 등급에 비해 적절한 비용 증가로 PREN 및 항복 강도 모두에서 상당한 도약을 제공합니다. 슈퍼 듀플렉스 2507 및 6Mo 슈퍼-254 SMO와 같은 슈퍼 오스테나이트 등급은 전체 라인에 걸쳐 지정되는 대신 시스템의 최고-속도 또는 최고-염화물 세그먼트 - 일반적으로 짧고 높은-난류 스풀, 초크 및 제어 밸브 트림 또는 주입 헤더-용으로 예약되어 있습니다. 가장 높은-위험 지점.

합금 625와 같은 니켈 합금은 속도, 온도 및 염화물 함량이 모두 스테인리스 제품군에서 안정적으로 견딜 수 있는 수준을 초과하거나 기존 니켈-합금 장비와의 갈바닉 호환성이 필요한 경우 선택됩니다. 합금 625 및 이에 상응하는 니켈 합금은 이 비교에서 재료 비용이 가장 높기 때문에 일반적으로 이중 또는 슈퍼 이중 배관이 라인의 균형을 유지하는 전체 파이프 실행보다는 제트 펌프, 초크 및 기타 포인트{5}}소스 고속-속도 구성요소-에 선택적으로 적용됩니다.

Q: 316L 스테인레스 스틸 파이프의 최대 속도는 얼마입니까?

A: 깨끗하고 고체가 없는- 서비스에서 316L은 일반적으로 약 3{5}}5m/s(10-16ft/s)로 제한됩니다. 해수 또는 기타 염화물이 풍부한 유체의 경우, 순수한 침식보다는 공식 위험을 관리하기 위해 실제 한계가 일반적으로 낮게 설정되며, 염화물이 존재하면 이중 등급이 대신 지정되는 경우가 많습니다.

Q: 듀플렉스 스테인리스 스틸이 316L보다 부식-내식성이 더 좋나요?

A: 예. 듀플렉스 2205의 PREN은 약 35이고 316L의 경우 약 24-26입니다. 2-상 미세 구조는 오스테나이트 등급이 부족한 항복 강도를 추가하여 침식{8}}부식 속도 임계값을 청정 및 고체 함유 서비스 모두에서 316L보다 훨씬 높게 높입니다.

Q: API RP 14E 방정식이 스테인리스강 배관에 직접 적용됩니까?

A: 직접적으로는 - API RP 14E의 기본 C-계수 100이 탄소강용으로 개발되었습니다. 스테인레스 및 이중 배관은 업계 관행에서 도출된 더 높은 C-계수(13Cr 스테인레스의 경우 약 300, 명목상 고체-무료 서비스의 이중 경우 350)를 사용합니다. 권장 사례 자체에서는 스테인레스{10}}특정 값을 게시하지 않기 때문입니다.

Q: 모래 함량은 스테인리스강의 속도 한계를 얼마나 낮추나요?

A: 대체로. 모래-가 많은 해수에서 2205 듀플렉스에 대한 발표된 테스트에서는 4m/s 근처의 임계 속도가 발견되었습니다. 이는 깨끗하고 고체가 없는 조건에서 허용되는 속도의 대략 절반에 해당하며, 모래 함량이 임계값을 초과하면 침식-부식 손상이 더욱 가속화됩니다.

Q: 프로젝트에서 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 대신 니켈 합금을 사용해야 하는 경우는 언제입니까?

A: 유속, 온도 및 염화물 함량이 모두 슈퍼 듀플렉스 또는 6Mo 등급이 안정적으로 허용할 수 있는 수준을 초과하거나 신-서비스, 갈바닉-호환성 또는 극한의-온도 요구 사항이 적용되는 경우. Alloy 625와 같은 니켈 합금은 일반적으로 비용 프리미엄을 고려하여 전체 배관이 아닌 고속 부품에 선택적으로 사용됩니다.